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1、中石油钻井院固井完井研究所2010年10月13日中国石油固井技术发展趋势中国石油钻井工程技术研究院刘硕琼中国石油学会固井学组2010年工作会议中石油钻井院固井完井研究所2010年10月13日中国石油汇 报 提 纲固井技术重要性及存在问题固井技术发展历程及成果国内外固井技术主要进展CNPC未来固井技术主要发展方向CNPC“十二五”主要研究内容中石油钻井院固井完井研究所2010年10月13日中国石油1、现代固井技术的特点 独立专业体系 多专业交叉 多学科支撑 系统工程 一次性工程 隐蔽性工程 高投资 高风险 百年大计地质力学化学数学材料冶金机械经济油气井工程信息工程管理工程多专业多学科一、固井技术
2、重要性及存在问题中石油钻井院固井完井研究所2010年10月13日中国石油占 勘 探 开 发 投 资 比 例各 专 业 投 资 比 例某 深 探 井 投 资 比 例u在整个建井工程技术投资中，固井投资比例在20-30%。u在整个建井工程中，只有固井工程中的套管和水泥浆留在油气井中。一、固井技术重要性及存在问题高投资中石油钻井院固井完井研究所2010年10月13日中国石油高风险：小问题带来大麻烦 井喷灾难性后果（墨西哥湾事故） 灌香肠、插旗杆整井报废，单井段报废，经济损失巨大 挤毁套管整井报废，单井段报废，经济损失巨大 油气水窜单井段报废，降低开发效益 环空带压开发隐患，增加作业成本、环境危害 超
3、缓凝延长作业时间、增加作业成本 返高不够降低封固质量，增加补救作业成本 过早套损单井报废，增加作业成本，降低开发效益 一、固井技术重要性及存在问题中石油钻井院固井完井研究所2010年10月13日中国石油4、固井可能带来的风险固井可能带来的危害作业水深：1524m 离岸距离：77km 油 公 司：BP钻井承包商：越洋钻探公司 固井服务公司：哈里伯顿11人死亡，17人受伤，大面积海域受到严重污染中石油钻井院固井完井研究所2010年10月13日中国石油一、固井技术重要性及存在问题l 井筒密封性没有建立或失效环空注水泥质量差，未能封隔油气储层， 导致油气上窜套管鞋装置失效，未能阻止油气上窜l 未能及时
4、监测到油气上窜，井控失效负压力测试解读错误，油气井完整性未满 足要求，就进行下一步的施工井控监督未及时下达指令紧急停车系统失效，造成油气点燃l 油气在深水平台上点燃导流至泥浆天然气分离装置时天然气泄漏 至钻机平台消防系统未能组织油气点燃l 紧急封井器未能及时密封紧急封井器未能封住井口中石油钻井院固井完井研究所2010年10月13日中国石油l 选择充氮水泥的原因 窄密度窗口，降低液柱压力l 可能存在的风险 泡沫稳定性差 水泥浆体积少（总共62桶） 水泥浆易受污染l 减小风险的措施 水泥综合性能检测，选择综合性能好的水泥浆体系 精确施工l 套管居中措施 安装6个扶正器 未考虑其它套管居中措施一、固
5、井技术重要性及存在问题中石油钻井院固井完井研究所2010年10月13日中国石油l 充氮水泥体系复杂，影响因素多l 水泥浆体积少，易受污染（充氮水泥45桶）l 未加降失水剂l 未进行全面的室内实验l 充氮水泥可能稳定性差，氮气会上窜环空水泥密封性差一、固井技术重要性及存在问题中石油钻井院固井完井研究所2010年10月13日中国石油l 充氮水泥中50的泡沫地面条件下不稳定l 约18.5的泡沫水泥（井下条件）不稳定l 哈里伯顿公司的充氮水泥浆的屈服值过低（135时的屈服值为2 1b/100ft2）l 水泥浆的失水量过大（失水为302mL/30min，标准规定为50mL/30min）委托独立实验室对固
6、井水泥浆进行了超过 500次的实验水泥浆体系存在的问题一、固井技术重要性及存在问题中石油钻井院固井完井研究所2010年10月13日中国石油l 套管鞋内2道密封失效（套管内水泥和浮箍阀）l 充氮水泥易受污染，氮气从浆体中上窜l 油气进入套管内另一个的原因可能是：浮箍阀未能转换或者密封失效套管鞋内密封失效，密封装置失效套管鞋内装置未能 封隔油气一、固井技术重要性及存在问题中石油钻井院固井完井研究所2010年10月13日中国石油固井可能带来的危害台H6-1井339.7mm表层套管固完 井候凝时，北东方向约250米冒 气水后目前情况涩北气田气层埋藏浅，分布井段长（408.0-1738.2m），层数多（
7、54-79），气水界面复杂,浅层气、浅层盐水活跃。台H6-1井、台6-7井，一开钻至800m下入表层套管固井后，候凝过程中套管外地表窜出盐水和水溶气，被迫报废台6-7井273mm表层套管固 完井候凝时，地表窜出盐 水和水溶气一、固井技术重要性及存在问题中石油钻井院固井完井研究所2010年10月13日中国石油2、现代固井技术面临形势一、固井技术重要性及存在问题中石油钻井院固井完井研究所2010年10月13日中国石油3、现代固井技术存在问题： 复杂井一次作业成功率有待提高提高固井一次作业成功率，是确保工程技术安全的关键，是提高固井质量的保障，省略后期补就作业。 复杂层间有效封隔能力不强实现层间有效
8、封隔，是后续安全钻井的保障，是提高开发效益的保障。 长寿命封固质量无法确保固井的长期封固质量，是延长油气井寿命的关键，是提高单井综合经济效益的关键。一、固井技术重要性及存在问题有办法 无把握核心问题：密封完整性 结构完整性 腐蚀完整性中石油钻井院固井完井研究所2010年10月13日中国石油汇 报 提 纲固井技术重要性及存在问题固井技术发展历程及成果国内外固井技术主要进展CNPC未来固井技术主要发展方向CNPC“十二五”主要研究内容中石油钻井院固井完井研究所2010年10月13日中国石油技术趋势1903 现代固井起步 注水泥浆固井提高顶替效率理论形成 进行水泥浆流变性设计1940-1970形成以
9、失重理论为代表的油气水窜槽理论进行水泥浆体系稳定性设计防止水泥石微 裂隙导致的井 口带压技术 超高温超高压 及特殊井的完 井固井方法研 究 向信息化、智 能化发展 更注重封隔效 果，更注重水 泥石力学性能1970-20002000-今百年来，固井水泥浆技术研究由水泥浆体系研究逐步向水泥环研究发展二、固井技术发展历程及成果中石油钻井院固井完井研究所2010年10月13日中国石油系列中、高温缓凝剂系列促凝、早强剂系列抗盐降失水外加剂系列防窜外加剂系列增强材料系列胶乳、纤维改性材料系列膨胀外加剂系列冲洗液隔离液外加剂最高密度: 3.1g/cm3 最低密度: 0.96g/cm3 最高温度: 190（B
10、HCT）最宽温度范围: 4 190 最低弹性模量：降低50%最大应用井深: 7300m最大封固段长: 5100m最大温差120最高应用密度：2.65g/cm3 最低应用密度1.10g/cm3 二、固井技术发展历程及成果1、固井外加剂发展：单一工程性能向多功能性能转变，从水泥浆研究向水泥石特性研究转变中石油钻井院固井完井研究所2010年10月13日中国石油冲洗液、隔离液体系冲洗液、隔离液体系防漏水泥浆体系防漏水泥浆体系MTCMTC、多功能钻井液体系、多功能钻井液体系特色固井水泥浆体系高强度低密度水泥浆体系高强度低密度水泥浆体系短候凝水泥浆体系短候凝水泥浆体系高温深井水泥浆体系高温深井水泥浆体系高
11、密度水泥浆体系高密度水泥浆体系防窜水泥浆体系防窜水泥浆体系抗盐水泥浆体系抗盐水泥浆体系胶乳水泥浆体系胶乳水泥浆体系新型化学泡沫水泥浆体系新型化学泡沫水泥浆体系二、固井技术发展历程及成果中石油钻井院固井完井研究所2010年10月13日中国石油一次混浆循环混浆自动混浆信息化作业二、固井技术发展历程及成果2、固井装备发展：一次混浆向信息化作业发展中石油钻井院固井完井研究所2010年10月13日中国石油系列尾管悬挂器、系列分级注水泥器、系列套管扶正器、系列套管卡箍、系 列水泥头、浮箍、浮鞋、钻杆/套管保护套二、固井技术发展历程及成果3、固井工具发展：管串附件向工艺配套功能发展中石油钻井院固井完井研究所
12、2010年10月13日中国石油中石油钻井院中石化工程院中海油研究中心大庆钻井院原工程院新疆钻井院华北钻井院胜利钻井院中原钻井院西北工程院西南石油大学石油大学（华东）油田化学事业部南海事业部上海事业部渤海事业部总部层面油田层面高等院校二、固井技术发展历程及成果4、研究力量：呈现专业化、多层面局面中石油钻井院固井完井研究所2010年10月13日中国石油大庆固井公司吉林固井公司渤海固井公司黄河固井公司大港固井公司辽河固井公司华北固井公司长庆固井公司四川井下公司中原固井公司河南固井公司江苏固井公司油田化学事业部南海事业部渤海事业部克拉玛依固井公司上海事业部二、固井技术发展历程及成果5、服务能力：呈现专
13、业化、国际化局面中石油钻井院固井完井研究所2010年10月13日中国石油汇 报 提 纲固井技术重要性及存在问题固井技术发展历程及成果国内外固井技术主要进展CNPC未来固井技术主要发展方向CNPC“十二五”主要研究内容中石油钻井院固井完井研究所2010年10月13日中国石油国外固井技术总体现状防窜、防漏失是国际固井技术研究的主要热点工具、外加剂是实现长期密封完整性的重要保障深井固井技术是衡量固井技术水平的关键作业信息化是固井技术发展的重要方向三、国内外固井技术主要进展实现油气井长期密封完整性（密封完整性 结构完整性 腐蚀完整性）是国际固井的共同追求目标中石油钻井院固井完井研究所2010年10月1
14、3日中国石油振动固井技术1、防窜固井技术密封完整性的保障三、国内外固井技术主要进展遥控装置振动固井技术是一种重要的防气窜实用技术可以考察由于环空流体脉动引起的水泥浆体密实性增加和强化静水压力传递对提高固井质量的影响加拿大Trican油井服务公司进一步将其用于防气窜固井车载水泥振动设备振动能量的有效传递 深度可以超过2650m中石油钻井院固井完井研究所2010年10月13日中国石油沙特R&D中心水泥实验室在2003年通过自行设计研发的防气窜设备(防气窜系统CGMS、静态胶凝强度分析仪SGSA)主要开展了三项工作 用CGMS测量水泥凝固前水泥柱的气体侵入； 用SGSA测定水泥浆的静态胶凝强度，并校
15、正CGMS的测量数据； 用API可膨胀槽测定水泥的膨胀性能水泥浆防气窜能力室内测试技术 CGMS工作原理图三、国内外固井技术主要进展1、防窜固井技术密封完整性的保障中石油钻井院固井完井研究所2010年10月13日中国石油中石油钻井院建立了非均匀地应力、温度、压力作用下的水泥环受力模型，有助于防窜固井设计。设计制造了天然气井环空带压模拟装置，可以评价水泥环的长期封隔性能，有助于防窜固井设计。 研制天然气井环空带压模拟装置三、国内外固井技术主要进展1、防窜固井技术密封完整性的保障中石油钻井院固井完井研究所2010年10月13日中国石油Schlumberger公司研发的AFCS是一种新开发的专门用于
16、水泥浆的硅基合成纤维，这些纤维呈圆柱形，平均长度12.7mm，直径20m。这种纤维的形状和使用材料的类型非常适合于和水泥浆混合不同于常规纤维，AFCS中的纤维在水泥浆中易于分散，这种特性就可以在漏失带形成坚固的纤维网，水泥浆中的固体颗粒被这些纤维网固定并建立桥塞从而阻止漏失 硅基合成纤维水泥浆 易分散的纤维形成坚韧的纤维网固体颗粒和纤维网阻止漏失2、防漏失固井技术密封完整性、结构完整性的保障三、国内外固井技术主要进展中石油钻井院固井完井研究所2010年10月13日中国石油超低密度水泥浆体系 三、国内外固井技术主要进展2、防漏失固井技术密封完整性、结构完整性的保障Schlumberger公司综合利用紧密堆积原理和纤维防漏 理论，成功研制出密度0.9g/cm3的固相充填超低密度 水泥浆特殊的粒度分布使水泥浆密度降至0.9g/cm3 超低密度水泥浆固井现场 应用前后的漏失情况对比
